蛋白质工程及其在食品工业中的应用.
蛋白质工程及其在食品工业中的应用
蛋白质工程的重要性
解决食品短缺问题
开发新型食品添加剂
通过蛋白质工程，可以设计和生产出 具有高营养价值和良好口感的新型食 品，满足不断增长的人口需求。
蛋白质工程可用于开发新型食品添加 剂，如乳化剂、增稠剂和稳定剂等， 以改善食品加工和保藏性能。
提高食品品质
蛋白质工程有助于改善食品的营养成 分、口感、质地和稳定性，提高食品 品质和满足消费者需求。
蛋白质工程及其在食品工业 中的应用
目录
• 蛋白质工程概述 • 蛋白质工程的基本技术 • 蛋白质工程在食品工业中的应用 • 蛋白质工程面临的挑战与解决方
案 • 未来展望
01
蛋白质工程概述
定义与特性
定义
蛋白质工程是通过改变蛋白质的遗传 编码来设计和生产具有特定性质和功 能的蛋白质的技术。
特性
蛋白质工程具有高度定向性、可预测 性和可控制性，能够针对特定需求对 蛋白质进行改造和优化。
高效的设计和生产，为食品工业和其他领域的发展提供更多可能性。
02
蛋白质工程的基本技术
蛋白质的定向进化
总结词
通过模拟自然进化过程，对蛋白质进行体外定向进化，以获得具有特定性质和 功能的蛋白质。
详细描述
定向进化技术利用基因突变和选择机制，对蛋白质进行大规模的突变和筛选， 以找到具有优良性质的突变体。该技术可以应用于食品工业中，以改善食品的 口感、质地、稳定性等特性。
详细描述
蛋白质工程需要遵守各国政府制定的相关法 规和监管要求，以确保所生产的食品符合法 律标准。同时，蛋白质工程还需要与政府和 监管机构保持密切沟通，及时了解法规和监 管要求的变化，以便及时调整生产策略。
05
未来展望
提高蛋白质工程的效率和精准度
蛋白质工程在食品中的应用
2.用PCR法对蛋白酶基因进行随机突变，通过表型 筛选得到热稳定的碱性蛋白酶，热失活半衰期比 野生型延长3-6倍。在65℃的高温下，半失活时间 长达82min。由此获得了既抗氧化又耐热的碱性蛋 白酶。热稳定的碱性蛋白酶基因的DNA序列测定发 现，突变Asn118Ser是热稳定性增加的主要原因， 这一结果迄今尚未见有报道。这不仅对该酶应用 范围的扩大具有意义，而且对其结构一功能关系 提供了新的了解。
表1 SM1033葡萄糖异构酶定点突变及其性质
突 变 性 质
K253R
N184V N184D A198C Q20L G247D G138P G138P/ G247活和热稳定性远低于野生型 最适pH值下降了1个单位，pI下降了0.6个单位，酶活为野 生型的38.27% 最适温度升高8℃，酶活为野生型的86.95% 最适反应温度下降5℃，热稳定性为野生型的78%，对底物 亲和性增强 酶活提高33%，最适pH值下降0.6个单位，热稳定性降低 热稳定性比野生型提高一倍，最适温度提高 10-12℃，比 活与野生型相当 酶活比野生型提高45%，80℃时比G138P更稳定
葡萄糖异构酶的活性中心位于每个单体平行β桶 近C端的口部，是深陷的口袋状，有两个二价金 属离子结合位点，与保守的氨基酸残基侧链基 团以及溶剂中的氧原子形成配位键，周围有一 个高度疏水背景区，构成的氨基酸侧链不只由 一个单体提供，两个单体相聚成无活性或活性 微弱的二聚体，只有形成四聚体时才具有全部 酶活。葡萄糖异构酶的催化作用采用的是金属 离子介导的负氢离子转移机制。 葡萄糖异构酶的基因组织和调控主要是由木 糖操纵子控制。由木糖透性酶基因、木糖异构 酶基因、木糖激酶基因和调节基因构成木糖操 纵子的主要成分。
食工 2班 第三组
蛋白质工程在食品中的应用： 引入二硫键，改善蛋白质的热稳定性 转化氨基酸残基，改变蛋白质（酶）的热稳 定性 改变酶的最适PH值条件 提高酶的催化活性 修饰Nisin的生物防腐效应 昆虫抗微生物多肽修饰改造 木聚糖酶的改造 绿色荧光蛋白的分子改造
蛋白质工程及其在食品中的研究应用
蛋白质工程及其在食品中的研究应用
蛋白质工程是利用基因工程技术对蛋白质进行改良和设计的过程。
通过改变蛋白质的氨基酸序列，可以改变其结构和功能，从而创造出具有特定性质和功能的蛋白质。
在食品领域中，蛋白质工程技术被广泛应用。
例如，利用工程菌生产大量的酶，用于食品加工中的酶解和改性；利用工程酵母、真菌和细胞培养技术生产大量的蛋白质，如乳清蛋白、大豆蛋白等，用于食品功能添加剂和营养补充剂中。
此外，蛋白质工程技术还可以改良传统食品的品质。
例如，利用工程大米产生更多的谷氨酸，提高其口感；利用工程酵母产生更多的酵母菌蛋白，改善面包的质地和口感等。
总之，蛋白质工程技术在食品领域中的应用极为广泛，为食品工业的发展和改良提供了新的可能性和机遇。
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六蛋白质工程原理及其在食品工业中的应用PPT课件
利用高压处理技术改变蛋白质的结构和性质，如高压凝固、高压变性和高压萃取等，为新型食品加工技术提供可 能。
酶法修饰在食品工业中的应用案例
酶解反应
利用酶催化水解蛋白质，生成氨基酸、肽等小分子物质，广泛应用于食品调味和营养强 化中。
酶转化
利用酶催化蛋白质的特定化学键转移，生成具有特殊性质的蛋白质衍生物，如谷氨酸钠 （味精）的生产。
蛋白质工程在食品工业中的优势与挑战
• 降低生产成本：通过蛋白质工程优化蛋白质的表 达和生产过程，有助于降低生产成本，提高经济 效益。
蛋白质工程在食品工业中的优势与挑战
安全性问题
蛋白质工程改造可能会引起食品安全性问题，如过敏反应、毒性 等，需要严格评估和监测。
法规和伦理问题
蛋白质工程涉及到基因改造和生物技术，相关的法规和伦理问题 需要得到关注和解决。
例如，通过蛋白质工程可以制备高活性的新型酶制剂，用于食品加工中的催化反 应，提高食品加工效率和产品质量。
提高食品加工效率
通过蛋白质工程可以设计和改造酶制 剂，提高其催化活性和稳定性，从而 降低食品加工成本和提高加工效率。
例如，通过蛋白质工程改造淀粉酶， 可以提高其催化活性和稳定性，使其 在淀粉加工中具有更好的应用效果， 降低生产成本和提高生产效率。
利用膜分离技术对溶液进行浓缩，提高产品 浓度和纯度，广泛应用于果汁、乳制品和调 味品的加工中。
05
结论与展望
蛋白质工程在食品工业中的优势与挑战
提高食品品质和营养价值
通过蛋白质工程改造蛋白质，可以优化食品 的营养成分和口感、质地等属性，提高食品 品质。
开发新型食品
蛋白质工程有助于开发新型食品，满足消费 者多样化的需求，如植物肉、昆虫蛋白等。
第四节 蛋白质工程在食品行业的应用详解
例如：枯草芽孢杆菌 缺点：极易氧化而失活
原因是第222位的甲硫氨酸残基（Met-222）发生了90%的氧化， 运用基因定点诱变技术，运用非野生型的氨基酸密码取代Met222密码子，获取一系列的突变基因，最终获得19种不同的枯草 杆菌蛋白酶突变株。 通过检测，Ala-222取代Met-222的突变蛋白酶抗氧化性得到大大 的提高，制成的洗涤剂可以和漂白剂一起使用
三、磷酸丙糖异构酶
➢在高温下Asn和Gln容易脱氨形成Asp和Glu，而 导致蛋白质分子构象的改变，使蛋白质失去活性。
➢对酿酒酵母的磷酸丙糖异构酶进行诱变改造。这 种酶有两个相同的亚基，每个亚基含有2个Asn，由 于它们都位于亚基之间的界面上，可能对酶的热稳 定性起决定性作用。
➢通过寡核苷酸介导的定向诱变技术，将第14位和 第78位上的2个Asn分别转变成Thr(苏氨酸)和 Ile(异亮氨酸)残基，大幅度提高突变酶的热稳定性。
四、 葡萄糖异构酶-----改变酶的最适pH值条件
➢葡萄糖异构酶最适pH为碱性，在80℃稳定，而在 碱性条件下， 80℃时使高果糖浆焦化产生有害物质， 反应只能在60℃进行。
➢采用盒式突变技术将葡萄糖异构酶分子中酸性氨基 酸(Glu或Asp)集中的区域置换为碱性氨基酸(Arg或 Lys)，可使葡萄糖异构酶的最适pH值变为酸性，即 可在高温下进行反应
二、溶菌酶
➢溶菌酶：天然的防腐剂，催化速率随着温度的升高 而升高，因此提高酶的热稳定性能提高其应用价值
➢由一条肽链构成，并在空间上折叠形成二个相对独 立的结构域，酶活性中心位于二个结构域之间。该酶 分子在第97位和54位残基上是两个未形成二硫键的半 胱氨酸
➢由于二硫键是一种稳定蛋白质分子空间结构的重要 共价化学键，有如建筑所用的钢筋一样，因而能将分 子中的不同部位牢固地联结在一起。因此，提高酶热 稳定性最常用的办法是在分子中增加一对或数对二硫 键。
生物工程在食品加工中的创新应用
生物工程在食品加工中的创新应用在当今科技飞速发展的时代，生物工程作为一门融合了生物学、化学和工程学的交叉学科，正以前所未有的速度和深度改变着我们的生活。
其中，食品加工领域是生物工程应用的一个重要舞台，为满足人们对食品品质、安全和营养的不断追求提供了强大的技术支持。
生物工程在食品加工中的应用范围广泛，涵盖了微生物发酵、基因工程、蛋白质工程、酶工程等多个方面。
微生物发酵是生物工程在食品加工中最古老也是最常见的应用之一。
例如，酸奶的制作就是利用了乳酸菌的发酵作用。
乳酸菌将牛奶中的乳糖转化为乳酸，使牛奶的 pH 值降低，蛋白质发生凝聚，从而形成了酸奶独特的质地和风味。
此外，酿酒过程中的酵母发酵、酱油和醋的酿造等，也都离不开微生物的发酵作用。
通过对发酵微生物的选育和改良，以及对发酵条件的优化控制，可以提高发酵效率，改善产品品质，增加产品的多样性。
基因工程为食品加工带来了革命性的变化。
通过基因重组和基因编辑技术，可以将特定的基因导入到农作物或动物中，使其具备更好的性状。
比如，科学家们成功地将抗虫基因导入到棉花中，减少了农药的使用；将富含维生素A 的基因导入到水稻中，培育出了“黄金大米”，有助于改善贫困地区人群的维生素 A 缺乏问题。
在动物领域，通过基因工程可以培育出生长速度更快、肉质更优良的家畜。
然而，基因工程在食品领域的应用也引发了一些争议，比如转基因食品的安全性问题。
因此，在推广基因工程技术的同时，必须加强监管和评估，确保其对人类健康和环境的安全性。
蛋白质工程则是通过对蛋白质的结构和功能进行改造，以满足食品加工的需求。
例如，通过蛋白质工程可以改善食品中的酶的稳定性和活性，提高食品加工的效率和质量。
在乳制品加工中，利用蛋白质工程技术改造的凝乳酶，可以更有效地促进牛奶的凝固，生产出品质更好的奶酪。
此外，蛋白质工程还可以用于开发新的蛋白质食品，如人工合成的蛋白质肉，为解决全球粮食短缺和蛋白质供应不足的问题提供了新的思路。
现代生物技术在食品加工领域的应用
第18卷 第5期2003年10月内蒙古民族大学学报(自然科学版)Journal of Inner Mongolia University for NationalitiesVol.18 No.5Oct.2003现代生物技术在食品加工领域的应用Ξ陈永胜1,2,刘长江2,李长彪2,曹清国3,张幽静3(11内蒙古民族大学农学院,内蒙古通辽 028042;21沈阳农业大学,辽宁沈阳 110161;31牙克石市乌尔旗汗镇畜牧兽医草原综合服务站,内蒙古牙克石 022150)摘 要:主要阐述现代生物技术在食品工业中的应用及研究近况.食品生物技术作为一项高新技术将为食品工业的发展起着重要推动作用.关键词:生物技术;食品工业;应用中图分类号:TS2 文献标识码:A 文章编号:1671-0185(2003)05-0417-03On the Application of Biological T echnology in Food IndustryCHEN Y ong-sheng1,2,L IU Chang-jiang2,L I Chang-biao2,CAO Qin-guo3,ZHAN G Y ou-jing3(11Inner Mongolia University for Nationalities,Tongliao028042,China;21Shenyang Agriculture University,Shenyang110161,China;31Y akeshi City Wurqihan Town Synthesis Service Station of Khiuestock,Vet and Prairie,Y akeshi022150,China)Abstract:This paper makes a survey of the applications of new biological technology in food indus2try in recent years and discusses the importance of the adoption of biological technology in the de2velopment of food industry.K ey w ords:Biological technology;Food industry;Application生物技术是以生命科学为基础,利用生物机体、生物系统创造新物种,并与工程原理相结合加工生产生物制品的综合性科学技术.现代生物技术则包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等领域〔1〕.现代生物技术可在解决当今世界发展重大问题(如粮食短缺、资源枯竭、生态环境恶化)中发挥积极作用.随着生物工程技术的发展,必将对食品工业带来革命性的贡献.在我国的食品工业中,生物技术工业化产品占有相当大的比重;近年,酒类和新型发酵产品以及酿造产品的产值占食品工业总产值的17%〔2〕.现代生物技术在食品领域中有广阔市场和发展前景,必将带来食品工业的新变革.笔者主要从以下几个方面阐述其在食品加工中的应用.1 现代生物技术在食品工业的应用1.1 基因工程在食品工业的应用基因工程又称DNA重组技术,是指按人的意志,将某一生物体(供体)的遗传信息在体外经人工与载体相接(重组),构成重组DNA分子,然后转入另一生物体(受体)细胞中,使被引进的外源DNA片段在后者内部得以表达和遗传.将这项技术应用于动植物或微生物上即产生基因工程食品.近年来,国内外的食品科学家和生物学家已开始注重研究开发改善食品功能的新品种.如开发不含产生豆腥味的酶(无脂氧化酶)的大豆;在肠内不会产生气体的碳水化合物以及结晶胰蛋白酶的活性阻碍物质的大豆新品种.通过基因工程还可以改变酶的性质,生产食品结构改良剂.另外,通过遗传的修饰技术,可将脂酶基因导入受体而强化其分解脂肪的能力,从而可加工低脂和低胆固醇的食品,如奶酶、奶油、低脂肪牛奶等.利用基因工程技术培育出新的酿酒酵母菌株,用以改进传统的酿酒工艺,并使之多样化.目前,已成功地选育出分解β—葡聚糖和分解糊精的啤酒酵母菌株、嗜杀啤酒酵母菌株,提高生香物质含量的啤酒酵母菌株.基因工程技术应用于氨基酸的生产已取得较大成绩,迄今为止,世界上已克隆和表达Ξ收稿日期:2003-07-05作者简介:陈永胜(1971-),男(蒙古族),内蒙古通辽人,讲师,博士研究生,从事食品生物技术方面研究.814 内 蒙 古 民 族 大 学 学 报 2003年了十几种氨基酸的基因,已有5种用重组技术生产的氨基酸达到工业化水平,它们为苏氨酸(60g/L)、组氨酸(42g/L)、脯氨酸(75g/L)、丝氨酸(40g/L)和苯丙氨酸(60g/L),我国谷氨酸等氨基酸已投入工业化生产.目前,天然食品防腐剂的研究开发成为当前国际食品界中一个研究热点,它们也可利用基因工程技术进行异种大量生产〔3〕.此外,基因工程技术还可用于食品工业中新型蛋白质、单细胞蛋白、维生素、酶制剂、微生物多糖、淀粉糖的生产.并且,基因工程技术还可以和食品卫生分析检测结合,采用核酸探针和单克隆抗体法检查,敏感性高,大大提高食品卫检准确性和实用性.1.2 蛋白质工程在食品工业中的应用随着蛋白质晶体学、计算机技术与基因工程手段相结合,出现了蛋白质工程,又称为“第二代基因工程”,即按人们的意志创造出适合人类需求的,具有不同功能的蛋白质,创造出世界上原来不曾有过的新蛋白质及其众多的新产品,利用蛋白质工程将可以生产具有特定氨基酸顺序、高级结构、理化性质和生理功能的新型蛋白质,可以定向改造酶的性能,生产新型营养功能食品,以全新的思路发展食品工业.如在蛋白质加工食品中,用肽链内切酶、醛脱氢酶等方法除去蛋白臭;用磷脂酶A进行活性面筋的改性;用肽链内切酶方法生产人造面和粉末蛋白质也取得了成功〔4〕.1.3 细胞工程在食品工业中的应用细胞工程就是应用细胞生物学方法,按照人们预定的设计,有计划地保存、改变和创造遗传物质的技术.近年来细胞工程的开发和应用主要集中在细胞杂交,快速无性繁殖和细胞育种等方面.利用细胞杂交和细胞培养可生产独特的食品香味和风味的添加剂,如香草素、可可香素、菠萝风味剂以及高级的天然色素.细胞工程技术应用于食品工业是随着细胞培养和细胞融合技术的发展而发展起来的.在细胞培养方面最典型的例子是人参细胞培养成功,还有香料与色素的生产.当今,白酒、果酒、酱类等食品发酵行业以使用酵母为主,曲菌也适于酒类和酱油生产.这些行业的微生物育种目标是培养出耐乙醇酵母、耐盐酵母、耐高糖酵母、无泡酵母、耐温酵母及谷酰胺酶与蛋白质分解酶活性高的曲菌.具有重要意义的成就是嗜杀其它菌类活性的嗜杀酵母新菌株的培育成功,日本协和发酵公司已完全使用嗜杀性葡萄酒酵母配制新酒,目前,正研究运用细胞融合技术取得其它菌株,应用于食品发酵工业之中〔5〕.总之细胞工程在新技术革命的浪潮中对食品工业革新方面有着很大的潜力.1.4 酶工程在食品工业中的应用酶工程是指在一定的生物反应器内,利用酶的催化作用,将相应的原料转化成有用物质的技术,是将酶学理论与化工技术结合而形成的新技术,其应用领域已经遍及农业、食品、医药、环境保护、能源开发和生命科学理论研究等各个方面.与此同时,酶工程产业也在快速发展,1998年全世界工业酶制剂销售额高达16亿美元.预计到2008年,销售额将达到30亿美元.迄今为止,全世界己发现的酶有3000多种,而工业上生产的酶有60多种,真正达到工业规模的有20多种〔6〕.酶在食品工业中的应用可以增加产量,提高质量,降低原材料和能源消耗,改善劳动条件,降低成本,甚至可以生产出用其它方法难以得到的产品,促进新产品、新技术、新工艺的兴起和发展.随着基因工程、细胞工程等高新技术应用于酶工程领域,人们不断研究开发出更多的新品种、新用途、高活力的酶类,同时酶的固定化技术,酶分子修饰技术及模拟酶技术也得到更快发展.酶具有了更高的催化效率和精巧的选择性,在食品工业也必将得到更加广泛的应用,生产出符合人们需求的新食品,促进食品工业的飞速发展.1.5 发酵工程在食品工业中的应用发酵工程又称为微生物工程,是指传统的发酵技术与DNA重组、细胞融合、分子修饰和改造等技术结合并发展起来的现代发酵技术.它是利用微生物的特定性状,通过现代化工程技术生产有用物质或直接应用于工业化生产,以把粮食、能源、化学制品、环境控制等全球性问题联系起来的一种技术体系.发酵工程是古老而又大有潜力的工业技术.生物技术中的基因工程、酶工程、单克隆抗体、生物量的转化等研究成果为它注入新内容,使它有了新的应用前景.发酵工程在食品领域中应用,主要在以下几个方面:(1)用现代发酵工程改造传统发酵食品,最典型的是使用双酶法糖化工艺取代传统酸法水解工艺,用于生产味精.又如在啤酒生产中,国外采用固定化酵母的连续发酵工艺进行啤酒酿造,可以明显缩短发酵时间.日本利用纯种曲酶进行酱油酿造.原料的蛋白质利用率高达85%.我国在酒类、酱类等传统酿造技术方面作了许多工作.利用优选的微生物菌群发酵,缩短发酵周期,提高原料利用率,改良风味和品质.(2)优化近代发酵产业,如Arira等人运用固定化醋酸菌酿制食醋,可缩短发酵延缓期,醋化能力提高9～25倍.(3)加速开发发酵产品,如用酵母或细菌等微生物菌体发酵得到的单细胞蛋白(SCP),具有丰富的蛋白质、碳水化合物、维生素、矿物质等、营养价值极高.到目前为止,全世界食品工业中生物技术产业的总产值约为2000亿美元〔7〕.维生素、氨基酸、酵母制剂、微生物多糖、环状糊精、低聚糖、不饱和脂肪酸、糖醇、核酸类鲜味剂、有机酸味剂、低热量甜味剂和乳酸菌类等产品的开发,均是生物技术在食品工业领域中的新应用.2 影响因素由于生物工程的高新技术属性,以及食品作为人类膳食的特殊性,发展食品生物技术仍有一定的难度.2.1 技术问题 在食品工业中使用生物技术首先要解决许多技术问题.现代生物技术的应用对食品工艺、食品设备提出了更高的要求.例如基因育种工程技术可创造出新的物种,但要设计特殊的设备与材料,以防止工程菌泄漏或不稳定而造成生物损坏.工业化生产中生物技术产物的分离提取水平低一直是阻碍产业发展的关键问题〔8〕.2.2 安全性和可接受性 生物制品作为食品(蛋白质、油脂资源等)首先对人体必须没有毒性,没有副作用,这是安全性;其次.它的气味、口味和颜色等,必须为食用者所喜欢.这是可接受性.2.3 营养价值及功能性 生物技术产品作为食品(或食品添加剂),应该具有较高的营养价值和可消化性.这取决于其化学组成,如微生物蛋白质的氨基酸组成、微生物油脂的脂肪酸组成等,需经动物喂养试验来确定.2.4 成本(经济)问题 发展食品生物技术,经济效益也是必须考虑的.但这是一个综合性的问题.以生产SCP 为例,需考虑所采用的菌种、基质以及生产工艺,还有其功能性和可接受性等.总之,食品直接关系人类的健康,发展食品生物技术不仅要解决好技术问题,而且取得的成果还必须能被社会接受.目前,由于不理解及心理上的因素.人们尤其对基因工程的成果感到恐惧.欧美一些国家和日本对DNA 重组实验都有一些法规.特别是日本对实验菌种、实验规模和设备结构等都有严格的规则,我国国家科委新近也已制订了有关的规则.对此,我们必须认真对待,以促进生物工程技术在食品工业领域的应用.3 发展趋势生物技术在食品工业中的应用越来越广泛,已深入到食品工业的各个环节.随着它的不断发展,必将给人们带来更丰富、更有利于健康、更富有营养的食品,并带动食品工业发生革命性变化.它不仅用来制造某些特殊风味的食品,还用于改进食品加工工艺和提供新的食品资源.今后的总体发展目标是充分利用生物资源丰富和多样性的优势,将现代生物技术与轻工、食品技术相结合,开发新一代生物技术产品.在21世纪中,应重点开发如下食品生物技术〔9〕.3.1 加强遗传育种,加强基因改性生物(以植物、微生物为主)的应用研究,利用基因工程改造果蔬加工原料,延长果蔬保藏期,培育更适合于食品加工的优良品种〔10〕.3.2 加快食品工业用新酶种开发,如酶法生产海藻糖、胆固醇氧化还原酶、转移酶、酿酒用醋化酶和纤维素酶、木聚糖酶等.酶和细胞的固定技术和酶化反应装置的结构优化,如在高纯度氨基酸的制备、天然风味化合物的生物合成等生产中的应用.3.3 开发现代生物技术新产品,如生物法生产食品添加剂.新型高效功能食品等.在食品添加剂方面,优先开发功能性添加剂,如纳豆激酶溶栓素、免疫β-球蛋白、寡肽、生物纤维素等.3.4 继续名优白酒传统酿造工艺的改造,进行酒类酿造人工老熟技术的研究,固定化细胞发酵技术的应用研究,酒类芳香成分的剖析和主体香组分的确定,名优白酒微量成分与风味关系的解析以及白酒勾调技术的研究等.综上所述,生物技术已深入应用到食品工业的各个环节,未来食品业的发展更加依赖生物技术的应用.随着人口的增长以及人们对食品要求的不断提高,生物技术必将在食品业发挥更大的作用.参 考 文 献〔1〕瞿礼嘉,顾红雅,胡苹,等.现代生物技术导论〔M 〕.北京:高等教育出版社,1998.〔2〕王薇青.生物技术在食品轻工领域的应用及展望〔J 〕.生物工程进展,1997,17(6):34-36.〔3〕高寿清.食品工业生物技术产业化的现状展望问题及对策〔J 〕.食品工业科技,1999,(1):6-8.〔4〕张唯敏.生物技术食品的新时代.世界产品与技术〔J 〕.食品工业技术,1998,(2):23-24.〔5〕王晓.现代生物技术与食品工业〔J 〕.山东食品发酵,2000,(4):16-19.〔6〕谢拥葵.二十一世纪生物工程对食品工业有特殊贡献〔J 〕.食品信息,1999,(1):18-19.〔7〕Susan K.H Biotechnology and the Food Industry 〔M 〕.New Y ork :G ordon and Breach Publishers ,N Y 10020,USA ,1989.〔8〕王岁楼.有关食品生物技术的几个问题〔J 〕.食品与机械,1995,(1):7.〔9〕陈国强.生物工程与生物材料〔J 〕.中国生物工程杂志,2002,22(5):4-6.〔10〕李洪军.生物技术在食品工业中应用现状与展望〔J 〕.肉类工业,2001,(2):37-39.〔责任编辑 徐寿军〕914第5期 陈永胜等:现代生物技术在食品加工领域的应用 。
蛋白质工程在食品行业中的应用
2012级全日制专业硕士学位研究生课程论文课程名称：食品生物技术导论论文题目：蛋白质工程在食品行业中的应用学生姓名：学号：领域名称：任课教师:成绩：农业与食品科学学院2013年4月22日蛋白质工程技术在食品行业中的应用摘要：蛋白质工程是在基因重组技术、生物化学、分子生物学、分子遗传学等学科的基础之上，融合了蛋白质晶体学、蛋白质动力学、蛋白质化学和计算机辅助设计等多学科而发展起来的新兴研究领域。
作为一种人体所必需的物质，蛋白质的研究始终未曾间断，通过对蛋白质的分子结构或者对编码蛋白质的基因进行改造，以便获的更适合人类需要的蛋白质产品的技术。
更直接更有效的作用于人体。
本文主要介绍了一些新兴的蛋白质工程技术在食品行业的应用状况以及未来发展状况的预测。
关键词：蛋白质蛋白质工程技术食品蛋白质是构成人体细胞的基础物质,人体中的酶类、激素、抗体和核酸等都由蛋白质组成，所以蛋白质是营养的第一要素[1]。
蛋白质是生命的体现者，离开了蛋白质，生命将不复存在。
可是，生物体内存在的天然蛋白质，有的往往不尽人意，需要进行改造。
由于蛋白质是由许多氨基酸按一定顺序连接而成的，每一种蛋白质有自己独特的氨基酸顺序，所以改变其中关键的氨基酸就能改变蛋白质的性质。
而氨基酸是由三联体密码决定的，只要改变构成遗传密码的一个或两个碱基就能达到改造蛋白质的目的[2]。
蛋白质工程的一个重要途径就是根据人们的需要，对负责编码某种蛋白质的基因重新进行设计，使合成的蛋白质变得更符合人类的需要。
1蛋白质工程技术概论随着20世纪70年代初期DNA基因工程的诞生，蛋白质工程在它的冲击下应运而生。
1983年，美国Genex 公司KUlmer 在《Science》上发表以《Protein Engineering.》为题的专论，第一次提出了蛋白质工程的概念，并建立了专门的研究实体，制定了相应研究开发计划，标志着蛋白质工程的正式诞生。
蛋白质工程的实践依据DNA指导合成蛋白质，因此，人们可以根据需要对负责编码某种蛋白质的基因进行重新设计，使合成出来的蛋白质的结构变得符合人们的要求。
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二、蛋白质工程的基本原理
1、蛋白质工程的目标
根据人们对蛋白质功能的特定需求， 对蛋白质的结构进行分子设计。 2、天然蛋白质的合成过程
DNA（基因）
转录
mRNA
翻译
蛋白质
基因→表达（转录和翻译）→形成氨基酸序列的多 肽链→形成具有高级结构的蛋白质→行使生物功能
中心法则 （central dogma）
由神经细胞膜蛋白构成的离子通道，负责神经冲动的 形成和传导。
血红蛋白具有结合和释放氧的能力，是血液中氧、二 氧化碳和氢离子的携带者。 另外，人体的毛发和指甲属于角蛋白，而血栓是由血 纤蛋白单体聚合而成的。
蛋白质的生物学功能
1.催化功能：酶 2.调节功能：激素 3.结构功能：皮、毛、骨、牙、细胞骨架 4.运输功能：血红蛋白 5.免疫功能：免疫球蛋白 6.运动功能：鞭毛、肌肉蛋白 7.储藏功能：酪蛋白 8.生物膜功能：及神经传导等
人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白质 工程的有力推动和理论支持。
思考：对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋 白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？ 应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质改造， 主要原因如下：
（1）任何一种天然蛋白质都是由基因编码的， 改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过 的蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造， 即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法 遗传的。 （2）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容 易操作，难度要小得多。
预期的蛋白质功能
设计相对应的脱氧核苷酸序列（基因）
讨论：某多肽链的一段氨基酸序列是：…—丙氨酸— 色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸—…
（1）怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？ 请把相应的碱基序列写出来。
一、蛋白质工程的崛起的缘由
1、基因工程产物 基因工程在原则上只能生产自然界已 存在的蛋白质。 这些天然蛋白质是生物在长期进化过 程中形成的,它们的结构和功能符合特定 物种生存的需要,却不一定完全符合人类 生产和生活的需要。
实例1：玉米中赖氨酸的含量比较低
原因：赖氨酸合成过程中两个关键酶— —天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶 的活性，受细胞内赖氨酸浓度的影响。当 赖氨酸浓度达到一定量时，就会抑制这两 种酶的活性。 如果对赖氨酸合成过程中的两个关键酶 进行改造,可以使玉米叶片和种子中的游离 赖氨酸分别提高5倍和2倍。
第六章
蛋白质工程及其在食品 工业中的应用
概述
蛋白质是对生命至关重要的一类生物 大分子物质，各种生命功能、生命现象、 生命活动都和蛋白质有关。在生命有机 体催化、运动、结构、识别和调节等许 多方面，起着关键的作用。
酶.几乎全都是蛋白质。 肌肉收缩、精子移动、细胞分裂过程中的染色体移动 . 高等生物的有序生长和分化过程。 抗体蛋白能识别和结合特异性的外源物质，使人体具 备抵抗各种细菌、真菌和病毒的能力。
3、蛋白质工程产物
是自然界原本不存在的新的蛋白质。
你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有 什么关系？我国科学家承担了什么任务？
人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之 后，生命科学乃至自然科学领域一项重大的 科学命题。2001年，国际人类蛋白质组组织 宣告成立。之后，该组织正式提出启动了两 项重大国际合作行动：一项是由中国科学家 牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划”；另 一项是以美国科学家牵头执行的“人类血浆 蛋白质组计划”，由此拉开了人类蛋白质组 计划的帷幕。
中心法则：遗传信息由 DNA mRNA 蛋 白质的流动途径。
DNA
复制
补充和完善之处： A ： RNA 作为遗传物质能自 我复 制 ， 并 作 为 mRNA 指导 PRO的合成。 B：RNA能以逆转录的方 式将遗传信息传递给DNA 分子。
转录 逆转录
RNA
蛋白质 翻译
复制
３、蛋白质工程的基本途径
蛋白质是生命的体现者，离开了蛋白质，生命将 不复存在。可是，生物体内存在的天然蛋白质，有 的往往不尽人意，需要进行改造。由于蛋白质是由 许多氨基酸按一定顺序连接而成的，每一种蛋白质 有自己独特的氨基酸顺序，所以改变其中关键的氨 基酸就能改变蛋白质的性质。而氨基酸是由三联体 密码决定的，只要改变构成遗传密码的一个或两个 碱基就能达到改造蛋白质的目的。蛋白质工程的一 个重要途径就是根据人们的需要，对负责编码某种 蛋白质的基因重新进行设计，使合成的蛋白质变得 更符合人类的需要。
生物的遗传信息从 DNA传递给mRNA的过程 称为转录。根据mRNA链上的遗传信息合成 蛋白质的过程，被称为翻译和表达。1958 年Crick将生物遗传信息的这种传递方式称 为中心法则。
复制：是亲代双链 DNA 按碱基配对原则，准确 形成两个相同核苷酸序列的子代DNA分子的过程。 两条DNA链都可作为复制的模板。 转录：是以一条DNA链为模板，将DNA链上储存 的遗传信息按碱基配对原则准确转换成互补的 mRNA的过程。 翻译：是以mRNA为模板，将mRNA上的遗传信息 转换成蛋白质的氨基酸序列的过程。 中心法则：遗传信息由DNA 蛋白质的流动途径。 mRNA
“人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人 类组织／器官的蛋白质组计划，由我国贺福 初院士牵头，这是中国科学家第一次领衔的 重大国际科研协作计划，总部设在北京，目 前有16个国家和地区的80多个实验室报名参 加。它的科学目标是揭示并确认肝脏的蛋白 质，为重大肝病预防、诊断、治疗和新药研 发的突破提供重要的科学基础。
实例2:工业用酶
在已研究过的几千种酶中，只有极少数可以应用于工 业生产，绝大多数酶都不能应用于工业生产，这些酶 虽然在自然状态下有活性，但在工业生产中没有活性 或活性很低。这是因为工业生产中每一步的反应体系 中常常会有酸、碱或有机溶剂存在，反应温度较高， 在这种条件下，大多数酶会很快变性失活。提高蛋白 质的稳定性是工业生产中一个非常重要的课题。一般 来说，提高蛋白质的稳定性包括：延长酶的半衰期， 提高酶的热稳定性，延长药用蛋白的保存期，抵御由 于重要氨基酸氧化引起的活性丧失等。